汽轮机控制系统中的仪控设备在线监测与维护策略研究

汽轮机控制系统中的仪控设备在线监测与维护策略研究

韩兵 季文祥

海南核电有限公司 海南昌江 572733

摘要：汽轮机作为重要的动力装置在核电生产领域中扮演着至关重要的角色。汽轮机控制系统中的仪控设备作为关键组成部分，其稳定运行直接关系到整个系统的性能、可靠性和安全性。本文分析了核电厂内汽轮机控制系统中的仪控设备的功能，并提出了对应的在线监测方法与有效的维护策略，为汽轮机控制系统的全面优化提供了建设性意见。

关键词：汽轮机控制系统；仪控设备；在线监测；维护

前言：

由于核电厂汽轮机控制系统中的仪控设备长时间高速运转、恶劣工作环境以及设备磨损等因素，仪控设备容易面临性能下降、故障发生的挑战。全面实现对仪控设备的在线监测与维护成为当前汽轮机领域亟需解决的技术问题。随着科技的不断进步，传感器技术、数据分析、远程监测等先进技术的应用在汽轮机领域得到了广泛关注，开展汽轮机控制系统中仪控设备在线监测与维护策略的研究变得尤为迫切。本文旨在充分发挥先进技术的优势，通过建立全面的在线监测系统，实时获取仪控设备的运行状态信息，以便及时发现设备的潜在问题。

1 汽轮机控制系统中的仪控设备的功能

汽轮机控制系统中的仪控设备是确保汽轮机运行安全、稳定且高效的关键组成部分，相关的设备涵盖了广泛的功能，旨在监测、控制和保护汽轮机在各种工况下的运行状态。在汽轮机控制系统中，仪控设备负责实时监测汽轮机的关键参数，包括温度、压力、振动、流量等，通过传感器网络将这些数据实时传输至控制系统，为系统提供了对汽轮机运行状况的全面了解，使其能够及时感知并响应任何异常情况。

一方面，仪控设备在汽轮机控制系统中承担了重要的控制功能。通过分析实时监测数据，这些设备能够调整汽轮机的操作参数，确保其在设计工况下的稳定运行。控制功能涵盖了负荷调整、转速控制、启停过程管理等方面，使汽轮机能够适应电网负荷的变化，保持在最佳运行点。另一方面，仪控设备在保护汽轮机设备免受过载、过热、振动超限等危险情况的影响方面发挥着不可或缺的作用。通过设定阈值和逻辑控制，这些设备能够监测并及时响应各类紧急状况，例如在温度过高时紧急停机，有效地避免了潜在的设备损坏和事故发生。

2 汽轮机控制系统中的仪控设备的在线监测方法

汽轮机控制系统中的仪控设备在线监测方法涉及到使用先进的技术和系统，以实时获取、分析和评估仪控设备的运行状态。其一，传感器网络将实时采集的数据传输到中央监控系统，实现对设备状态的实时监测，需要在各类仪控设备上部署各种类型的传感器，包括温度传感器、压力传感器、振动传感器等，覆盖仪控设备关键参数。其二，结合传感器采集的相关数据进行调整，通过建立远程监测系统，实现对仪控设备的远程监控和管理，结合云计算技术将数据传输至云端进行分析和存储，使监测系统能够随时随地实现对设备状态的访问。其三，可以使用高速数据采集系统，能够以更高的频率实时采集仪控设备的数据，在此基础上通过实时数据处理算法，可以在数据传输之前对数据进行初步分析，识别异常或趋势，提高监测的及时性和准确性。其四，对于涉及旋转部件的仪控设备，通过振动传感器，可以监测设备的振动频率和幅度，及时发现的机械问题，如不平衡、对中等。

3 汽轮机控制系统中的仪控设备的维护策略

3.1 预防性维护

预防性维护是汽轮机控制系统中仪控设备维护策略的重要组成部分，通过定期的计划性维护活动，旨在预防潜在故障、提高设备可靠性和延长寿命，具体包括清洁、润滑和紧固等例行维护操作，有助于防止设备表面积尘、杂质积聚，确保传感器、执行机构和控制元件的正常运行，针对关键部件的润滑工作，保障设备在高速旋转和高温环境下的正常运转，有效降低磨损和摩擦带来的损害。

首先，预防性维护包括定期的校准与调整，以确保传感器和仪表的测量准确性。通过定期的校准操作，可以纠正由于长时间运行和环境变化引起的测量误差，提高控制系统的精度和稳定性，可以保证汽轮机在各种工况下都能够稳定运行，提高系统的可靠性。其次，预防性维护策略还包括设备的定期检查和测试，通过对仪控设备进行系统性的检查，如检查电缆连接、观察传感器状态、测试执行机构的响应速度等，能够及早发现设备存在的问题，避免故障升级和严重损害。最后，预防性维护还涉及到设备的定期更换易损部件，以降低由于零部件老化和疲劳引起的故障风险，需要定期更换关键部件，如传感器、执行机构的零部件，有助于维持设备的正常运行状态，防止潜在的故障发生，提高整个汽轮机控制系统的稳定性和可用性。

3.2 定期检查与校准

在汽轮机控制系统中，仪控设备的定期检查与校准是一项关键的维护策略，旨在确保设备的精准性、可靠性和长期稳定运行。定期检查与校准还有助于延长仪控设备的寿命，通过及时维护和调整，减少了因设备长时间运行而引起的磨损和损坏风险。同时，确保设备在规定的技术规范和性能参数内运行，提高了整个汽轮机控制系统的可用性和稳定性。

一方面，定期校准是确保仪控设备测量和控制准确性的关键步骤。通过使用标准校准设备，对传感器和控制器进行定期的校准和调整，能够纠正由于长时间运行和环境变化引起的测量误差，提高系统的精度和可靠性，对于保持汽轮机在各种工况下的稳定运行至关重要，尤其是在高温、高压等苛刻环境下。另一方面，定期检查与校准策略的实施有助于实现以下几个方面的维护目标，通过检查和校准，能够在设备出现明显故障之前及时发现并解决潜在问题，降低因突发故障而导致的停机时间，在该过程中需要确保传感器和仪表的准确性，提高系统的测量精度，有助于减小控制误差，保持汽轮机在高效工作点上的性能。

3.3 振动监测与平衡

振动监测与平衡作为汽轮机控制系统中仪控设备的关键维护策略，主要旨在确保设备在高速旋转和变动工况下的稳定运行，减小振动对设备结构和性能的不良影响。首先，通过振动监测技术，使用振动传感器对旋转部件的振动频率和幅度进行实时监测。这有助于检测设备中存在的不平衡、机械磨损、轴承故障等问题，提前发现潜在的机械故障，避免其进一步发展成严重问题。其次，振动平衡是振动监测策略的重要组成部分，通过对设备进行定期的动平衡操作，消除因零部件质量不均匀或安装不当导致的不平衡状态。这有助于减小设备的振动水平，降低机械疲劳和振动引起的损伤，从而提高设备的寿命和可靠性。最后，振动监测与平衡也有助于提前发现设备的机械故障，采取及时的维修措施，避免因故障而导致的停机和生产损失。通过定期振动监测和平衡调整，能够在设备性能下降之前及时识别潜在问题，提高设备的可用性和稳定性。

结语：

综上所述，汽轮机控制系统中仪控设备的在线监测与维护是提升设备稳定性的重要措施，通过挖掘预防性维护、定期检查与校准、振动监测与平衡等关键策略，实现了对设备运行状态的实时监控和主动维护。预防性维护策略通过定期维护活动降低了设备故障风险，定期检查与校准策略提高了设备的测量精度，振动监测与平衡策略有效降低了振动对设备的不良影响，并为汽轮机控制系统提供了全面的维护解决方案，不仅提高了设备的可用性、稳定性，还有效延长了设备的寿命，为提升整个系统的性能和经济性提供了有力支持。

参考文献：

[1]张新英,杨海琰,丁丽华,等.本特利3500在国产310MW汽轮机组监测系统改造中的应用[J].热力透平, 2003(3):5.DOI:CNKI:SUN:SHQL.0.2003-03-011.

[2]FAN Jia-qing,范佳卿,ZHANG Qiang,等.核电常规岛汽轮机仪控系统对比分析[C]//中国动力工程学会.中国动力工程学会, 2015.

[3]田青旺.海阳核电1号机组汽轮机控制和保护系统仪控调试[J].中国核电, 2017, 10(3):320-325.

[4]张朋.核电厂数字化仪控系统故障建模及在线监测[D].东南大学,2015.DOI:10.7666/d.Y2920282.

[5]朱国亮.基于COFA分析方法的核电厂一回路控制系统可靠性研究[D].哈尔滨工业大学[2024-01-20].DOI:CNKI:CDMD:2.1018.895807.